厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法
【专利摘要】本发明公开了厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法。该方法是根据斜井倾角、地面坡度、明槽边坡坡度、井筒掘进高度、顶板安全厚度和耕作层厚度计算出明槽开挖长度值；该方法以斜井开挖放坡角度和开挖斜长为变量参数，分别计算得出了明挖法和暗挖法的造价函数。通过不同设计参数指标分析及造价函数对比分析，最后确定斜井明挖与暗挖的临界开挖长度。该方法从工程力学及工程造价等角度确定明挖法与暗挖法的临界开挖长度，能够满足工程安全要求，同时有效控制工程造价，提高工程效益。该发明能够为具有厚砂层地质特点的缓坡斜井明挖法与暗挖法临界开挖长度提供科学的理论依据。
【专利说明】厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿斜井井筒建设。具体涉及厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界 开挖长度确定方法。
【背景技术】
[0002] 采用普通法进行井筒施工时，斜井井口开挖方式分为明槽和暗硐，除在山区利用 稳定的山坡地形直接进行暗硐挖掘外，一般均需采用明槽开挖，以克服井口覆盖层薄、土质 松软、顶板不易维护的困难。目前明槽开挖长度和明槽放坡角度的确定主要根据工程经验 和工程类比法获得，缺乏一定的理论依据。针对这一现状，本发明通过不同设计参数指标 分析及造价函数对比分析，能够更科学合理的确定缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长 度，为该参数的取值提供了一定的科学依据。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种以斜井开挖放坡角度和开挖斜长为变量参数，分别计算 得出明挖法和暗挖法的造价函数和直接费用，确定富水厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的 临界开挖长度确定方法。
[0004] 针对现有理论不能科学合理地计算斜井建设时明挖法与暗挖法的临界开挖长度， 本发明的技术方案是这样解决的：
[0005] -、明槽开挖长度理论确定方法
[0006] (1)、明槽开挖尺寸确定
[0007] ①、明槽斜深Η :
[0008]
【权利要求】
1. 一种厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法，该方法是根据斜井 倾角、地面坡度、明槽边坡坡度、井筒掘进高度、顶板安全厚度和耕作层厚度计算出明槽开 挖长度值，同时以斜井开挖放坡角度和开挖斜长为变量参数，计算得出了明挖法和暗挖法 的造价函数，其特征在于所述引入上述不同设计参数指标，通过不同设计参数指标分析及 造价函数对比分析，最后确定斜井明挖与暗挖的临界开挖长度： 一、明槽开挖长度工程力学确定步骤 (1) 、明槽开挖尺寸确定 ① 、确定明槽斜深H(m):
式中：a-斜井倾角；a'一地面坡度；ai-明槽边坡坡度；HS-井筒掘进1?度；Ii1一顶板安全厚度；h2-耕作层厚度； ② 、槽底宽度B1(Hi): B1 =B+0. 6 式中：B-明槽井筒掘进宽度 ③ 、明槽上口宽度B2(Hl): B2 =E^+SHsinai ④ 、明槽上口长度L(m):
⑤ 、明槽底部长度l(m):
⑥ 、总挖方量Vjg :
⑦ 、井筒体积(m3):
S-明槽段井筒掘进断面面积（m2); ⑧ 、回填土方量Vw(m3): V填=井筒 (2)、明槽长度确定（m) 在临界坡角下，明槽底长由以下公式确定： 明槽斜高：
明槽底长：
二、明槽开挖长度的造价确定方法： (1) 明挖法开挖长度目标函数的建立 通过查阅《煤炭建设井巷工程费用消耗量定额》（2007年基价）可知，斜井井口明槽开 挖各种土的基价和支护部分价格已知，可根据以上公式计算出的挖填土方量，计算明挖法 明槽部分总造价，计算时需考虑斜井井口明槽开挖砂砾土、回填土费用；钢筋绑扎；地面片 石砂浆费用； (2) 暗挖法开挖长度目标函数的确定 由于暗挖法施工时，不需要进行大规模的土方挖填，故在计算其工程造价时，只需考虑 斜井井筒的掘进和支护的耗费； (3) 对比确定明槽段长度（m) 所述明槽开挖的造价与侧坡坡度ai和明槽底长1有关，而暗挖法施工时也与槽底长 度1有关，以开挖长度为自变量，工程造价为因变量，根据建立的造价函数做出明暗挖造价 对比曲线图，在图中明挖造价与明槽造价长度相等时对应的1值即为采用明挖法施工的明 槽段长度临界值。
2. 根据权利要求1所述的厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法， 其特征是引入临界坡角概念，计算确定出在临界坡角条件下明槽开挖长度。
3. 根据权利要求1所述的厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法， 其特征是引入工程造价概念，分别确定明挖法及暗挖法的造价函数。
4. 根据权利要求1所述的厚砂层缓坡斜井明挖法与暗挖法的临界开挖长度确定方法， 其特征是分别得出明挖法及暗挖法的造价与侧坡坡度和明槽底长函数关系。通过对比分析 得出采用明挖法施工的明槽段长度临界值。
【文档编号】G06F19/00GK104268365SQ201410360008
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】宫守才, 张百祥, 谷拴成, 申斌学, 任建喜, 王志杰, 郅彬, 陈彤, 梁钰, 成蛟, 苏培莉, 古江林 申请人:中煤西安设计工程有限责任公司, 西安科技大学